JP6929116B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機やレーザプリンタ等の電子写真記録技術を用いて記録材に画像を形成する画像形成装置に関する。

画像形成装置には定着ユニットが搭載されている。定着ユニットとして、筒状の定着フィルムと、定着フィルムの内面に接触するヒータと、定着フィルムを介してヒータと共に定着ニップ部を形成する加圧ローラと、を有し、定着ニップ部で記録材を挟持搬送しつつ未定着トナー画像を定着する構成のものがある。この定着に用いられるヒータは、セラミック基板に抵抗発熱体が印刷され、抵抗発熱体をガラス等の絶縁層で覆った構成となっている。抵抗発熱体に交流電圧が印加されることにより抵抗発熱体が発熱する。抵抗発熱体を覆うガラスは、等価回路上、コンデンサとなるため、定着ニップ部に交流電圧が伝達される。

一方、トナー画像が転写される記録材の含水分量が上昇すると記録材のインピーダンスは急激に低下する。水分量が多い記録材が、プリント中、感光ドラムと転写ローラからなる転写ニップ部と定着ニップ部に同時に挟持されるタイミングで、定着ニップ部に掛かる交流電圧が記録材を介して転写ニップ部に伝達する。転写ニップ部に伝達する交流電圧は、転写ニップ部での転写電圧を変動させる要因となり、トナー画像の転写ムラを引き起こす。結果として、記録材に転写されるトナー画像に縞模様の濃度ムラが現れてしまう。

特許文献１には、加圧ローラ又は定着フィルムと、接地電位と、の間に、コンデンサを挿入することで、定着ニップ部と接地電位間の交流インピーダンスを低下させ、記録材を介して転写ニップ部に伝達する交流電圧成分を軽減させる手法が開示されている。

特開２００６−１９５００３号公報

ヒータと加圧ローラを、長期間、加圧状態で放置すると、定着フィルムや加圧ローラのゴム層に凹凸状の変形箇所が生じてしまう。この変形箇所は、トナー画像の定着性にムラを生じさせる要因となる。これを防止するため、装置を使用しない期間、定着ニップ部の一部若しくは全体に僅かな空隙を設け、定着ニップ部に掛かる圧力を解除若しくは低減させる装置がある。

ところで、画像形成装置の製品出荷時に安全規格で定められている絶縁耐圧試験を実施する必要がある。絶縁耐圧試験は、画像形成装置に電力を供給する交流電圧源と接地電位間に１ｋＶを超える交流電圧を印加する。例えば図６に示すものは、加圧ローラ１５３と接地電位間に、容量素子１５４（Ｃ２）や低インピーダンス回路（不図示）を挿入している。この構成においては、交流電圧源２１３から抵抗発熱体１５１、コーティングガラス１５２、定着フィルム１００、加圧ローラ１５３、容量素子１５４（Ｃ２）の経路で耐圧試験電圧により発生した電流が流れる。なお、１０は定着ユニット、２０はフィルムユニット、１５０はヒータ、Ｒ１は加圧ローラ１５３のインピーダンスを示している。

定着ニップ部を離間状態にした場合、この電流経路のうち定着フィルム１００と加圧ローラ１５３の間に生じる空隙１５７のインピーダンスＣ１´が最も高くなるため、絶縁耐圧試験の交流電圧の大部分が空隙に印加される。空隙１５７の距離と印加される電圧によっては空隙１５７で放電現象が発生し、定着フィルム１００の最表層にあたる離型層の成分を変質させてしまう。これによりトナーが定着フィルム１００の表面に残留しやすくなり、画像上に周期的なスジとなって表れるという課題がある。

本発明は、上記のような課題を解消するために成されたもので、交流電圧による画像の濃度ムラ抑制と、定着フィルムの表層の保護を両立した画像形成装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するための本発明は、像担持体と、前記像担持体と共に転写ニップ部を形成し、前記像担持体に形成したトナー画像を前記転写ニップ部で記録材に転写する転写手段と、定着フィルムと、ガラス層を有し、前記定着フィルムに前記ガラス層が接触するように配置されており、商用交流電源から電力が供給されて発熱するヒータと、前記定着フィルムを介して前記ヒータと共に定着ニップ部を形成する加圧ローラと、を有し、前記定着ニップ部で記録材を挟持搬送しつつトナー画像を記録材に加熱定着する定着手段と、を有する画像形成装置において、前記商用交流電源と前記加圧ローラの間に、前記商用交流電源から前記ヒータへの給電経路とは異なる導電経路が設けられており、前記給電経路の一端は前記商用交流電源に接続され、他端は前記ヒータに接続されており、前記導電経路の一端は前記給電経路に接続され、他端は前記加圧ローラに接続されており、前記導電経路上に容量素子が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、交流電圧による画像の濃度ムラ抑制と、定着フィルムの表層の保護を両立した画像形成装置を提供できる。

加圧解除状態の実施例１の定着ユニットを表す図 加圧状態の実施例１の定着ユニットを表す図 加圧解除状態で定着フィルムと加圧ローラの間に生じる空隙を説明するための図 加圧解除状態の実施例２の定着ユニットを表す図 画像形成装置の全体概要を表す図 加圧解除状態の比較例の定着ユニットを表す図

（実施例１）
（画像形成装置及び定着ユニットの構成）
図５は、電子写真方式レーザビームプリンタ（以下、ＬＢＰと記す）の要部の概略構成図である。図５において、１は表面に感光層が形成された像担持体としての感光ドラムであり、矢印方向Ｘに回転駆動される。２は感光ドラム１の表面を一様に帯電するための帯電ローラ、３は画像データに応じて強度変調させたレーザ光で感光ドラム１を走査するためのレーザスキャナユニットである。４は感光ドラム１にトナーを供給し、感光ドラム１に形成された静電潜像を現像する現像ユニットである。５は感光ドラム１に形成されたトナー画像を記録材Ｐに転写する転写ローラであり、感光ドラム１との間に転写ニップ部Ｐ２を形成する。３００は転写バイアスを付与する電源である。転写ニップ部Ｐ２でトナー画像が転写された記録材Ｐは定着ユニット１０に送られ、定着フィルム１００と加圧ローラ１５３の間で挟持搬送されつつ、ヒータ１５０の熱で加熱される。これにより記録材Ｐ上のトナー画像が記録材Ｐに定着される。

定着ユニット１０は、筒状の定着フィルム１００と、定着フィルム１００の内面に接触するヒータ１５０と、定着フィルム１００を介してヒータ１５０と共に定着ニップ部Ｐ１を形成する加圧ローラ１５３と、を有する。定着フィルム１００は、ポリイミド層の上に表層としてのフッ素樹脂層を設けたものである。フッ素樹脂層には導電性付与物質が分散されている。加圧ローラ１５３の芯金１５５はコンデンサ１５４を介して接地電位に接続されている。ヒータ１５０はセラミック基板上に抵抗発熱体１５１を印刷したものである。抵抗発熱体１５１に商用交流電源２１３から交流電圧を印加することによって抵抗発熱体１５１が発熱する。ヒータ１５０は、定着フィルム１００にガラス層が接触するように配置されている。抵抗発熱体１５１を覆うようにコーティングしているガラス層１５２は電気的にはコンデンサとして見なされる。定着フィルム１００を介してヒータ１５０と加圧ローラ１５２の間に定着処理時の圧力が掛っている状態（加圧状態）において、ガラス層１５２の容量値は数百ｐＦ程度となる。従って、商用交流電源２１３の交流電圧は、抵抗発熱体１５１からガラス１５２を介して、記録材Ｐを挟む定着ニップ部Ｐ１に伝達される。

図２は、加圧状態の定着ユニット１０を示した図である。ここで、ガラス層１５２を挟んで、抵抗発熱体１５１と加圧ローラ１５３の表面の間に形成されるコンデンサ成分の容量をＣ１、コンデンサ１５４の容量をＣ２、加圧ローラ１５３の表面から芯金１５５までの抵抗値をＲ１とする。本実施例の特徴となるのが、商用交流電源２１３からヒータ１５０の抵抗発熱体１５１への電力供給ラインと、加圧ローラ１５３の芯金１５５の間に挿入されたコンデンサ１５６であり、この容量をＣ４とする。

一方、図１は、圧力解除状態の定着ユニット１０を示した図である。定着フィルム１００と加圧ローラ１５３の表面の間に僅かな空隙１５７が生じている。図２で示したＣ１の容量は、空隙１５７を含むため、加圧状態の時に比べると小さい容量Ｃ１´となる。

（耐圧試験時に空隙に生じる電圧）
課題解決のためには、耐圧試験時における空隙１５７での放電現象を抑制する必要がある。放電現象は空隙に生じる距離と電圧によってその発生のし易さが変わる。

空隙１５７の距離に関して、図１ではフィルムユニット２０と加圧ローラ１５３が完全に離れた状態を示しているが、実際には部分的に接している。図３は加圧解除状態におけるヒータ１５０と加圧ローラ１５３の長手方向の状態を示している。ヒータ１５０を保持するヒータホルダ（不図示）は、長手方向の中央部が加圧ローラ１５３に向って凸となるようなクラウン形状となっている。ヒータ１５０もヒータホルダの形状に倣い、その中央部が加圧ローラ１５３に向って凸となるクラウン形状になる。ヒータ１５０の中央部にはサーモスイッチ等の保護素子１８０が配置されている。保護素子１８０は、加圧解除状態においても加圧ローラ１５３からの図３中の矢印の方向の圧力を受け、ヒータ１５０と密着する構造となっている。よって、保護素子１８０を押圧する加圧ローラの長手方向の中央部は空隙が少ない状態となっている。

この状態から更に加圧力を低下させて中央部にも大きな隙間を設けた場合、保護素子１８０にヒータ１５０の熱が伝達しにくくなる。よって、故障によりヒータ１５０への電力供給が制御不能になった場合、保護素子１８０が作動することによってヒータ１５０への電力供給が遮断される前に、ヒータ１５０が割れてしまう。従って、放電現象を回避するために、空隙１５７を大きくすることには設計上の制約がある。

そこで、本実施例では、空隙１５７に掛る電圧を低減させることで放電現象を軽減させている。まず図１において、絶縁耐圧試験の時に空隙１５７に掛る電圧Ｖｂを求める。

絶縁耐圧試験の電圧は、商用交流電源２１３の電力供給ラインを介して印加されるもので、接地電位をゼロボルト基準とした周波数ｆの正弦波である。絶縁耐圧の試験機から出力される電圧はＶａとする。

コンデンサ１５４のインピーダンスＺ２、ガラスコート１５２と空隙からなる容量Ｃ１’のインピーダンスＺ３、コンデンサ１５６のインピーダンスＺ４、とすると、これらは下式の通り表わされる。

ここでｊは複素数を表しｊ＾２＝−１となる。

本実施例では、耐圧試験の周波数はｆ＝５０Ｈｚとし、Ｃ２＝４７００ｐＦとしている。また加圧解除状態においてガラス層１５２によって形成される容量成分Ｃ１’は約１００ｐＦとする。なおＲ１の抵抗値は、Ｃ１’のインピーダンスに比べて非常に小さいため、無視して考える。
（式１）、（式２）より、インピーダンスの絶対値｜Ｚ２｜、｜Ｚ３｜は、
｜Ｚ２｜＝０．７ＭΩ
｜Ｚ３｜＝３２ＭΩ
となる。耐圧試験電圧をＶａ＝１８００Ｖｒｍｓとすると、コンデンサ１５６が無い構成において、空隙１５７にかかる電圧Ｖｂは、
Ｖｂ＝Ｖａ×｜Ｚ３｜／（｜Ｚ３｜＋｜Ｚ２｜）＝１７６０Ｖｒｍｓ
となり、耐圧試験電圧Ｖａ＝１８００Ｖのほとんどが空隙１５７に印加されていることが分かる。

これに対して本実施例におけるＶｂを求める。追加するコンデンサ１５６はＣ４＝１０００ｐＦとする。Ｚ３とＺ４の並列合成インピーダンスＺ５は、下記の通り求められる。
Ｚ５＝（｜Ｚ３｜＾−１＋｜Ｚ４｜＾−１）＾−１＝２．９ＭΩ
従って、耐圧試験電圧Ｖａ＝１８００Ｖｒｍｓにおける、空隙１５７にかかる電圧Ｖｂは、下記の通り求められる。
Ｖｂ＝Ｖａ×｜Ｚ５｜／（｜Ｚ５｜＋｜Ｚ２｜）＝１４５０Ｖｒｍｓ
このように、空隙１５７に掛る電圧を約３００Ｖｒｍｓ低減していることが分かる。正弦波のピーク電圧で考えると、約４２３Ｖｐの電圧低減となる。このように、商用交流電源と加圧ローラの間に容量素子を接続すると放電現象を軽減することができ、定着フィルムの表層を保護することができる。

（実施例２）
次に実施例２について、実施例１と差異部分を中心にして説明する。

加熱定着時の画像不良を防止するために、数百ボルトから数キロボルトの高圧出力（定着バイアス）を加圧ローラや定着フィルム表面に印加する場合がある。図４の例では、ヒータ１５０への電力供給ラインに加えて、定着バイアス回路１６２が搭載された基板ユニット１２０が示されている。

図１におけるコンデンサ１５４に代わり、定着バイアス回路１６２が出力抵抗１６１を介して、加圧ローラ１５３の芯金１５５に接続されている。定着バイアス回路１６２を接続することで、芯金１５５と接地電位のインピーダンスが低下する。そして、相対的に空隙１５７でのインピーダンスが高くなり、空隙１５７での放電現象が懸念される。

従って、実施例１と同様に、商用交流電源２１３からヒータ１５０の抵抗発熱体１５１への電力供給ラインと、加圧ローラ１５３の芯金１５５の間にコンデンサ１５６を挿入しているが、本実施例では、更に、抵抗（抵抗素子）１６０を直列に追加している。コンデンサ１５６と抵抗１６０の合成インピーダンスを実施例１のインピーダンスＺ４と同等となるように調整することで、実施例１と同様の効果が得られる。

本実施例で用いる抵抗１６０として安全規格で規定される絶縁条件を満たす抵抗を使用すれば、コンデンサ１５６は安全規格の認可品を使用する必要はなく、コンデンサ１５６の選定の自由度が向上する。

１００ 定着フィルム
１５０ ヒータ
１５３ 加圧ローラ
２１３ 交流電源
１５６ 容量素子

Claims (4)

1. 像担持体と、
   前記像担持体と共に転写ニップ部を形成し、前記像担持体に形成したトナー画像を前記転写ニップ部で記録材に転写する転写手段と、
   定着フィルムと、ガラス層を有し、前記定着フィルムに前記ガラス層が接触するように配置されており、商用交流電源から電力が供給されて発熱するヒータと、前記定着フィルムを介して前記ヒータと共に定着ニップ部を形成する加圧ローラと、を有し、前記定着ニップ部で記録材を挟持搬送しつつトナー画像を記録材に加熱定着する定着手段と、
   を有する画像形成装置において、
   前記商用交流電源と前記加圧ローラの間に、前記商用交流電源から前記ヒータへの給電経路とは異なる導電経路が設けられており、
   前記給電経路の一端は前記商用交流電源に接続され、他端は前記ヒータに接続されており、
   前記導電経路の一端は前記給電経路に接続され、他端は前記加圧ローラに接続されており、
   前記導電経路上に容量素子が設けられていることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記導電経路上に前記容量素子と直列に接続されている抵抗素子が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記加圧ローラとアースとの間に第２の容量素子が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 前記加圧ローラとアースとの間に定着バイアス回路が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。

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